KR100842131B1 - 광선 활성화형 접착 필름을 사용한 기재의 접착 방법 - Google Patents

광선 활성화형 접착 필름을 사용한 기재의 접착 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공정 중 기재의 열화를 방지하면서 광선 활성화형 필름을 사용하여 기재를 접속하는 방법을 제공한다. 본 발명은 또한, 광선 활성화형 접착 필름에 광선을 조사하고, 활성화된 이방 도전성 접착 필름의 제1 표면을 제1 기재상의 회로와 접하도록 배치하고, 제2 기재상의 회로를 상기 활성화된 이방 도전성 접착 필름의 제2 표면과 접하도록 배치하고, 이 기재들을 압착시키는 것을 포함하는, 회로의 접속 방법을 제공한다.
Figure R1020037009985
광선 활성화형 접착 필름, 접착 방법, 이방 도전성, 자외선 조사

Description

광선 활성화형 접착 필름을 사용한 기재의 접착 방법 {Method for Adhering Substrates Using Light Activatable Adhesive Film}
본 발명은 광선 활성화형 접착 필름을 사용한 기재의 접착 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 광선 활성화형 이방 도전성 접착 필름을 사용한 회로의 접속 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치에는 유리제 표시 패널의 전극부와, 그 표시 패널을 작동시키기 위한 구동용 집적 회로(IC)가 탑재된 TCP(tape carrier package)로 공지된 플렉시블 회로가 이방 도전성 접착 필름으로 접속되어 있다. 통상 이러한 도전성 접착 필름은 에폭시 수지 등의 절연성 접착제 중에 도전성 입자를 분산시켜 얻은 분산물을 필름으로 형성시켜 수득된다. 이 접착 필름은 2개의 마주 대하는 회로 사이에 끼워진 후 가압하면서 가열하여 접착이 완료된다. 이러한 접착은 마주 보는 2개 회로의 접속 단자 사이에서 가압 방향, 즉 접착 필름의 두께 방향에 따라 도전성 입자가 상호 전기적으로 접속된 상태를 제공하여 마주 보는 접속 단자 사이에서 전기적인 접속을 초래한다.
최근 액정 패널의 저비용화 및 경량화를 목적으로, 플라스틱 기재를 포함하는 액정 패널이나 PET 필름 기재를 갖는 플렉시블 회로가 개발되어 있다. 종래 공 지된 도전성 접착 필름의 경우, 압착 온도는 150 내지 200 ℃로 높고, 이러한 고온에서 상기 액정 패널이나 플렉시블 회로를 접착하면 열적 손상이 일어나 전극 부분이 변형되거나 표시 패널의 전극에 균열을 유발할 수 있다. 이러한 열적 손상은 불리하게 접속 불량을 야기할 수 있다. 표시 패널의 전극부와 플렉시블 회로 사이의 접속 피치는 통상 100 내지 200 ㎛이지만 현대의 표시 패널은 50 ㎛ 또는 그 이하의 피치를 포함하는 미세한 접속 피치를 요구하고 있다. 그러나, 이와 같이 접속 피치가 미세화되면, 접착 필름을 열압착할 때의 가해진 열에 의해 플렉시블 회로의 변형 및 표시 패널의 전극 패턴과의 편차가 유발된다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 보다 저온에서 열압착이 가능한 광선 활성화형 접착 필름이 개발되었을 뿐만 아니라, 이 접착 필름을 사용하여 회로를 접속하는 방법이 제안되어 있다.
예를 들면, 일본 특허 공개 (평)11-60899호 공보에는, 자외선 활성화형 이방 도전성 접착 필름을 사용하여 도전체를 전기적으로 접속하는 방법을 개시하고 있다. 이 방법은 제1 회로 기재상에 자외선 활성화형 이방 도전성 접착 필름을 배치하고, 고압 수은 램프를 사용하여 접착 필름에 자외선을 조사하고, 제2 회로 기재의 전극을 제1 회로 기재의 전극면에 정렬하고, 이들을 가열 및 가압하에 접착시키는 단계를 포함한다.
일본 특허 공개 (평)8-146436호 공보에는 투명 기재와 다른 투명 기재를 광경화형의 접착제로 접착시키는 것을 포함하는 액정 패널을 제조하기 위한 적층법을 기술하고 있다. 투명 기재들 사이에 광경화형 접착제를 끼워 넣고, 자외선을 이용 하여 접착제를 경화시킨다. 이 방법에서, 파장 300 nm 이하의 자외선을 제거하여 투명 기재의 열화를 감소시킨다.
일본 특허 공개 (평)9-320131호 공보에는 자외선 투과성 기재를 포함하는 2매의 디스크를 자외선 경화형 접착제로 접착하는 방법을 기술하고 있다. 이 방법은 2매의 기재 사이에 자외선 경화형 접착제를 배치하고, 기재를 통해 자외선 경화형 접착제에 자외선을 조사하여 이 접착제를 경화시키는 것을 포함한다. 이 방법에서, 파장 2 내지 3 ㎛ 이상의 광선은 석영 유리를 이용하여 필터링한다. 이 방법은 또한 냉각된 공기를 이용하여 필터 또는 자외선 광원으로부터의 기재의 2차적인 가열을 방지하는 것을 포함한다.
일반적으로, 공지된 접착 방법은 광선 경화형 접착제의 사용, 저온 및 짧은 열압착 시간을 포함한다. 그러나, 이러한 방법은 광선을 사용하여 광선 경화형 접착제를 경화시키는 것을 포함한다. 광선을 이용하여 광선 경화형 접착제를 경화시키는 경우, 고압 수은 램프 및 메탈 할로겐 램프와 같은 고강도 광원을 사용함으로써 경화 시간을 단축시킬 수 있다. 종래의 접착 방법에서는 기재에 광선 경화형 접착제를 배치한 후에 광선을 조사한다. 광원으로서 상술한 고압 수은 램프나 메탈 할로겐 램프와 같은 고강도 광원을 사용하는 경우, 투명 기재에도 광선이 조사되며, 이 투명 기재의 재료에 따라서는 변색 또는 흐려짐과 같은 열화가 발생할 수 있다. 수지제 기재의 경우에는 재료가 분해되어 그 위에 균열이 발생할 수 있다.
또한, 기재에 광선을 조사하면, 기재의 온도가 상승하고, 기재의 재료 및 그의 열팽창 계수에 따라 팽창할 수 있다. 이러한 기재의 열팽창은 접착 및 경화 도 중 2매의 기재 사이에 편차를 유발하고 궁극적으로 접속 불량을 일으킬 수 있다.
발명의 요약
본 발명의 목적은 광선 활성화형 접착 필름을 사용하여 기재, 특히 회로 기재에 광선을 조사하지 않고, 기재의 열화를 방지하는 기재의 접착 방법을 제공함으로써 상술한 문제점을 해결하는 것이다.
본 발명은 광선 활성화형 접착 필름에 광선을 조사하여 필름을 활성화시키는 것을 특징으로 하는 2개의 기재를 접착하는 방법을 제공한다. 활성화된 접착 필름의 제1 표면은 제1 기재와 접하도록 배치되며, 제2 기재는 활성화된 접착 필름의 제2 표면과 접하도록 배치된다. 이들 기재는 열압착되어 제1 기재와 제2 기재를 접착시킨다. 광선 활성화형 접착 필름으로는 자외선 활성화형 접착 필름을 사용하는 것이 바람직하고, 광원으로는 자외선을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명은 또한 2개의 기재 표면에 존재하는 회로를 전기적으로 접속하는 방법도 제공한다. 이 방법은 광선 활성화형 접착 필름, 바람직하게는 자외선 활성화형 이방 도전성 접착 필름에 광선, 바람직하게는 자외선을 조사하여 필름을 활성화시키는 것을 포함한다. 이어서 활성화된 이방 도전성 접착 필름의 제1 표면을 제1 기재상의 회로와 접하도록 배치하고, 제2 기재를 그 위의 회로가 상기 활성화된 이방 도전성 접착 필름의 제2 표면과 접하도록 배치한다. 기재들을 열압착하여 상기 제1 기재와 제2 기재상의 회로 사이의 이방 도전성 접착을 달성한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 후술하는 발명의 다양한 실시 양태의 상 세한 설명을 고려하여 보다 완전하게 이해될 수 있을 것이다. 첨부된 도면에서, 도 1은 본 발명에 따른 광선 활성화형 접착 필름을 사용한 기재의 첩착 공정을 개략적으로 나타낸 것이다.
본 발명의 방법에 따르면, 광선에 노출시켜 광선 활성화형 접착 필름을 활성화시킨 후 접착 필름을 기재상에 전사하여 배치하고 그 후 기재를 열압착시킨다. 따라서, 기재는 광선 활성화형 접착 필름의 활성화 도중 광선에 노출되지 않으며, 그러한 노출에 의한 가능한 열화를 방지할 수 있다.
본 발명의 실제적인 실시 양태의 일례를 도 1을 참조하여 이하에 설명한다. 릴(1)로부터 권출(券出)되어 전달된 세퍼레이터(4)가 부착된 광선 활성화형 접착 필름(5)는 압착 헤드(3)을 향해 반송된다. 광선 활성화형 접착 필름(5)는 압착 헤드(3)에 도달하기 전에 광원(6), 바람직하게는 자외선 광원에 의해 광선 조사되어 활성화된다. 활성화된 광선 활성화형 접착 필름(5)는 제1 기재(7) 상에 전사된다. 그 후, 세퍼레이터(4)는 릴(2)에 의해 권취되고, 활성화된 접착 필름(4)가 전사된 기재(7)은 압착 헤드(8)을 향해 반송되어 제2 기재(9)가 압착 헤드(8)에 의해 기재(7)에 열압착된다.
제1 기재 및 제2 기재가 모두 그 위에 회로를 갖는 경우, 접착 필름으로서 광선 활성화형 이방 도전성 접착 필름을 사용함으로써 회로를 전기적으로 접속할 수 있다.
본원에 사용된 "광선 활성화형 이방 도전성 접착 필름"이란 용어는, 2개의 회로 기재끼리 적층하는 경우 회로 기재끼리 상호 접착시킬 수 있음과 동시에 회로 기재상의 회로가 두께 방향으로 전기적으로 접속되지만 기재의 평면 방향으로는 전기적으로 접속되지 않아서 회로 기재상의 인접한 회로를 단락시키지 않는 접착제로 형성된 필름을 의미한다. 예를 들어, 본원에 사용된 광선 활성화형 이방 도전성 접착 필름은 접착시에 도전성을 발현하도록 접착할 수 있는 필름을 의미한다. 이방 도전성은 전도성 입자를 배제한 비도전성 접착제 성분이 열압착시 생성된 열 및 압력에 의해 유동하기 때문에, 접착 필름을 사용하여 열압착에 의해 기재끼리 접착하는 경우 발생하는 현상이다. 유동화된 비도전성 입자로 인해, 대향하는 2개의 기재상의 회로는 도전성 입자를 통해 서로 전기적으로 접속되지만 비도전성 접착 성분의 존재로 인해 도전성은 기재의 평면 방향으로는 발현되지 않는다.
일본 특허 공개 (평)11-60899호 공보에 기재되어 있는 도전성 접착제는 지환식 에폭시 수지를 경화시키기 위한 촉매로서 자외선 활성화형 양이온 중합 촉매를 사용하므로, 가사 시간이 매우 짧다. 상기 공보에 기재된 방법은 접착제에 자외선을 조사한 직후에 열압착을 실시하기 때문에, 접착제의 짧은 가사 시간은 아무런 문제도 야기하지 않는다. 그러나 본원에 기술된 방법은 광선의 조사 후에 기재를 압착 헤드로 반송하는 것을 포함한다. 따라서, 가사 시간이 너무 짧은 접착 필름은 불리하다. 또한, 예를 들어 통상 10 분 이상의 가사 시간을 갖는 광선 활성화형 접착 필름이 요구되는 반도체 장치의 장착을 위한 유지 시간 또는 일시적인 고장 시간을 포함할 수 있는 본원 발명에는 짧은 가사 시간을 갖는 접착 필름의 사용은 적용 가능하지 않다. 또한, 본 발명에 사용하기 위한 광선 활성화형 접착 필름 은 바람직하게는 하기 특성의 모두를 갖는 접착제로 형성된다: (1) 실온에서의 높은 저장 안정성, 예를 들면 적어도 30 일간 사용 가능한 상태를 유지할 수 있는 특성, (2) 조사 및 활성화 전에 접착제에 비교적 높은 온도를 가할 수 있어서 필름의 단시간 내의 건조 및 형성을 용이하게 하는 특성, (3) 접착제가 활성화 후의 열압착시에 약 100 내지 약 130 ℃의 저온에서 급속히, 바람직하게는 1 분 이내, 보다 바람직하게는 30 초 이내, 더욱 바람직하게는 10 초 이내에 경화할 수 있는 특성, (4) 기재끼리 접속한 후에 우수한 접속 안정성을 나타내는 특성.
이러한 바람직한 광선 활성화형 접착제는, 예를 들면 (1) 지환식 에폭시 수지 및 (2) 글리시딜기 함유 에폭시 수지를 함유하는 에폭시 수지, (3) 광선 활성화형 양이온 중합 촉매 및 (4) 양이온 중합 억제제를 유용한 성분으로 포함하는 접착제일 수 있다. 이러한 성분을 포함하는 접착제는 상기한 특성들을 고르게 구비한 접착제를 제공할 수 있다. 이 바람직한 광선 활성화형 이방 도전성 접착제로부터 필름을 형성하기 위해 열가소성 엘라스토머 또는 수지를 첨가할 수 있다. 광선 활성화형 이방 도전성 접착제는 도전성 입자를 광선 활성화형 접착제에 첨가함으로써 수득할 수 있다.
어떠한 특정 이론에도 구애받기를 희망하지 않지만, 지환식 에폭시 수지는 광선 활성화형 양이온 중합 촉매와 조합되는 경우 저온에서의 급속한 경화를 가능하게 하는 것으로 생각된다. 글리시딜기 함유 에폭시 수지는 활성화 후 접착 필름의 가사 시간을 연장시킨다. 글리시딜기 함유 에폭시 수지는 지환식 에폭시 수지의 반응성보다 낮은 반응성을 갖는다. 광선 활성화형 양이온 중합 촉매는 광선을 조사하면 루이스산과 같은 양이온 활성종을 생성하여 에폭시 개환 반응을 촉매한다. 양이온 중합 억제제는 양이온 중합 촉매의 일부를 치환하고 양이온 중합 반응 도중 루이스산 또는 다른 양이온 활성종을 격리시킴으로써 양이온 중합 반응을 지연시키거나 저해하여 접착 필름의 가용 시간을 연장시킨다.
광선 활성화형 이방 도전성 접착 필름을 사용하여 한 기재와 다른 기재 사이의 우수한 전기적 접속을 달성하기 위해서는, 열압착시 열 및 압력에 의해 접착제 성분이 완전히 유동하고, 도전성 입자와 회로 기재상의 회로 사이로부터 충분히 제거되는 것이 필요하다. 접착제 성분의 유동성은 접착제 중 수지의 고유 점도 및 열경화 반응에 동반하는 점도의 상승에 의해 변화한다. 접착제 조성물이 지환식 에폭시 수지 및 광선 활성화형 양이온 중합 촉매를 함유하는 경우, 중합 반응은 촉매가 광선의 조사에 의해 활성화되기 전까지는 진행하지 않는다. 따라서, 상기 접착제는 실온에서 적어도 30 일 동안 안정한 상태와 높은 안정성을 유지한다. 그러나, 조사에 의한 촉매의 활성화 이후, 조성물은 저온에서 짧은 시간 내에 열경화될 수 있다. 열경화 반응은 촉매의 활성화 이후 급속하게 진행하고 접착제 조성물의 점도가 열경화 반응에 의해 짧은 시간 내에 증가하기 때문에, 열압착 단계는 신속하게 수행되어야 한다. 경화 반응을 지연시키기 위해서는, 양이온 중합 억제제가 첨가될 수 있다. 그러나, 이러한 억제제를 첨가한 경우에 있어서도, 조사 및 열압착 사이에 긴 시간이 존재하는 경우, 예를 들어 회로 기재를 서로 정렬하는 시간으로 인해, 도전성 입자와 회로 기재상의 회로 사이의 접착제 성분은 열경화 반응에 동반된 접착제 성분의 점도 증가로 인해 만족스럽게 제거될 수 없다. 도전성 입자 와 회로 사이의 접착제 성분의 제거 실패는 불안정한 전기 접속을 유발할 수 있다. 조성물이 글리시딜기 함유 에폭시 수지를 함유하는 경우, 조사 후의 열경화 반응은 비교적 느리게 진행된다. 따라서, 활성화 후의 가사 시간은 연장될 수 있다. 그러나, 만족스러운 경화를 달성함으로써 우수한 전기 접속을 확보하기 위해서는, 압착 온도를 상승시키거나 압착 시간을 연장시키는 것이 필요하다.
지환식 에폭시 수지 및 글리시딜기 함유 에폭시 수지를 둘 다 함유하는 에폭시 수지, 광선 활성화형 양이온 중합 촉매 및 양이온 중합 억제제를 포함하는 이방 도전성 접착제로부터 얻어지는 이방 도전성 접착 필름은, 글리시딜기 함유 에폭시 수지 및 양이온 중합 억제제의 존재로 인해 광선 조사 후의 점도 상승이 억제된다. 따라서, 이러한 이방 도전성 접착 필름은 광선의 조사 후에 연장된 가사 시간을 갖는다. 또한, 이러한 이방 도전성 접착 필름은 높은 반응성의 지환식 에폭시 수지와 광선 활성화형 양이온 중합 촉매의 존재로 인해 저온에서도 만족스럽게 경화하여 안정한 전기 접속을 확보할 수 있다.
따라서, 본원에 개시된 광선 활성화형 접착 필름 및 광선 활성화형 이방 도전성 접착 필름은 종래의 필름과 비교하여 많은 이점을 갖는다. 예를 들어, 경화 반응은 광선의 조사에 의한 활성화 이전에는 진행하지 않으므로 실온에서의 필름의 저장 안정성이 증가한다. 또한, 광선의 조사에 의한 활성화 이전에 열화 작용 없이 약 80 ℃까지의 온도를 가할 수 있다. 이로부터 경화 공정을 개시하지 않고 승온에서 신속하게 필름을 건조할 수 있어서 필름을 보다 효율적으로 제조할 수 있다. 필름의 광선 조사 및 활성화에 이어서 실온에서의 필름의 가사 시간은 10 분 이상, 바람직하게는 30 분 이상, 더욱 바람직하게는 30 분 이상으로 연장할 수 있어서 압착을 만족스럽게 수행하는 것이 가능하다. 또한, 가열시 빠르게 변형하는 물질, 예컨대 폴리에스테르 또는 폴리이미드 등의 중합체 재료 기재의 FPC나 TAB, 유리 강화된 에폭시 재료 기재의 PCB, 폴리카보네이트 또는 폴리에테르술폰으로 제조된 회로 기재로 이루어진 성분을 포함하는 전기적 접속을 형성하는 경우, 열압착 단계를 신속하게 수행할 수 있기 때문에 재료의 변형을 최소한으로 줄이는 것이 가능하다. 예를 들어, 본 발명의 이방 도전성 접착 필름을 포함하는 열압착 단계는 약 100 ℃ 내지 약 130 ℃의 온도에서 1 분, 보다 바람직하게는 30 초, 더욱 바람직하게는 10 초 내에 수행될 수 있다. 상기한 예 이외에, 본 발명의 광선 활성화형 접착 필름은 탁월한 상호 접속성을 나타낸다.
본 발명의 광선 활성화형 접착 필름 또는 광선 활성화형 이방 도전성 접착 필름을 구성하는 성분에 대해 각각 이하에 설명하기로 한다.
지환식 에폭시 수지
상술한 바와 같이, 지환식 에폭시 수지는 접착 조성물이 경화되는 속도 및 온도를 개선한다. 이 성분과 광선 활성화형 양이온 중합 촉매의 조합에 의해 저온에서의 신속한 경화가 가능해진다. 낮은 점도로 인해, 이것은 조성물과 기재 사이의 밀접한 접촉을 증가시키는 기능도 갖는다. 지환식 에폭시 수지는 분자당 평균 2개 이상의 지환식 에폭시기를 갖는 에폭시 수지이다. 예를 들어, 유용한 지환식 에폭시 수지로는 분자 내에 두 개의 에폭시기를 갖는 것들, 예컨대 비닐시클로헥센 디옥시드, 3,4-에폭시시클로헥실메틸-3,4-에폭시시클로헥산카르복실레이트, 비스(3,4-에폭시시클로헥실)아디페이트, 2-(3,4-에폭시시클로헥실-5,5-스피로-3,4-에폭시)시클로헥산-메타-디옥산 등을 들 수 있다. 분자 내에 3개 또는 4개 이상의 에폭시기를 갖는 다관능의 지환식 에폭시 수지(예를 들어 Epolide GT: 다이셀 가가꾸 고교 가부시끼가이샤(Daicel Chemical Industries, Ltd.)로부터 입수 가능)도 사용할 수 있다.
유용한 지환식 에폭시 수지로는 약 90 내지 약 500, 바람직하게는 약 100 내지 약 400, 더욱 바람직하게는 약 120 내지 약 300, 가장 바람직하게는 약 210 내지 약 235의 범위의 에폭시 당량을 갖는 것들을 들 수 있다. 에폭시 당량이 90보다 작은 지환식 에폭시 수지는 조성물의 내구성과 접착 강도를 감소시켜 접속 신뢰성이 저하될 수 있다. 에폭시 당량이 500을 초과하는 지환식 에폭시 수지는 조성물의 점도를 증가시켜 열압착시 그의 유동 특성이 불량해지고 반응성이 감소할 수 있으므로 역시 접속 신뢰성이 저하될 수 있다.
글리시딜기 함유 에폭시 수지
상술한 바와 같이, 글리시딜기 함유 에폭시 수지와 양이온 중합 반응 지연제의 조합은 광선의 조사에 의한 활성화 이후 조성물의 가사 시간을 연장한다. 따라서, 글리시딜기 함유 에폭시 수지가 지환식 에폭시 수지에 비해 낮은 반응성을 갖지만 승온에서 반응성을 유지한다. 단지 지환식 에폭시수지만을 함유하며 글리시딜기 함유 에폭시 수지를 함유하지 않는 접착 필름을 사용하는 경우, 경화 반응은 예컨대 실온과 같은 저온에서도 진행하여 광선의 조사에 의한 활성화 이후 짧은 가사 시간을 초래하기 쉽다. 따라서, 활성화 및 열압착 사이의 시간이 예를 들어 회 로 기재를 정렬시키기 위한 필요로 인해 연장된다면, 조숙한 경화로 인한 조성물의 점도의 증가로 인해 각각의 회로 기재상의 도전성 입자와 도전체 사이의 접착제 성분을 적절하게 제거할 수 없다. 이것은 불안정한 전기 접속을 야기할 수 있다. 글리시딜기 함유 에폭시 수지는 이러한 지환식 에폭시 수지의 결점을 보완한다. 유용한 글리시딜기 함유 에폭시 수지는 분자 내에 평균 2개 이상의 글리시딜기를 갖는 에폭시 수지를 포함하며, 예컨대 아민 또는 황 또는 인을 함유하는 기와 같은 양이온 중합 저해기를 함유하지 않는다. 유용한 글리시딜기 함유 에폭시 수지의 예로서는 비스페놀 A와 에피클로로히드린으로부터 합성되는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 저점도의 비스페놀 F형 에폭시 수지, 다관능성 페놀-노볼락 에폭시 수지, 오르토-크레졸 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 글리시딜 헥사히드로프탈레이트 에스테르 등의 글리시딜 에스테르형 에폭시 수지도 유용하다.
유용한 글리시딜기 함유 에폭시 수지로는 약 170 내지 약 5500, 바람직하게는 약 170 내지 약 1000, 더욱 바람직하게는 약 170 내지 약 500, 가장 바람직하게는 약 175 내지 약 210의 범위의 에폭시 당량을 갖는 것들을 들 수 있다. 글리시딜기 함유 에폭시 수지의 에폭시 당량이 170보다 작으면 내구성이 감소되고 접착 강도가 저하되는 반면, 에폭시 당량이 5500을 초과하면 점도가 증가한다. 이러한 글리시딜기 함유 에폭시 수지는 열압착시 낮은 반응성과 불량한 유동 특성을 가짐으로써 접속 신뢰성이 저하될 수 있다.
지환식 에폭시 수지와 글리시딜기 함유 에폭시 수지의 혼합비
지환식 에폭시 수지와 글리시딜기 함유 에폭시 수지는 본 발명의 조성물에 바람직한 특성의 만족스러운 균형을 제공한다. 구체적으로, 지환식 에폭시 수지의 저온 급속 경화성과, 글리시딜기 함유 에폭시 수지의 실온에서의 장시간 보존 안정성을 모두 만족스럽게 나타내는 접착제를 제공할 수 있다. 지환식 에폭시 수지/글리시딜기 함유 에폭시 수지의 중량비는 통상 약 20:80 내지 약 98:2이고, 바람직하게는 약 40:60 내지 약 94:6이고, 더욱 바람직하게는 약 50:50 내지 약 90:10이고, 가장 바람직하게는 약 50:50 내지 약 80:20이다. 지환식 에폭시 수지의 양이 지환식 에폭시 수지와 글리시딜기 함유 에폭시 수지 총량을 기준으로 20 ％보다 적으면, 저온에서의 경화 특성이 저하되어 접착 강도나 접속 신뢰성이 저하될 수 있다. 지환식 에폭시 수지의 양이 98 ％보다 크면, 실온 부근에서도 경화 반응이 진행되어 광선 조사 후의 필름의 가사 시간이 단축될 수 있다.
광선 활성화형 양이온 중합 촉매
광선 활성화형 양이온 중합 촉매는 광선의 조사에 의해 루이스산과 같은 양이온 활성종을 생성하여 에폭시 개환 반응을 촉매하는 화합물이다. 유용한 중합 촉매의 예로서는 아릴디아조늄염, 디아릴요오도늄염, 트리아릴술포늄염, 트리아릴셀레늄염, 철-아렌 착체 등을 들 수 있다. 특히 유용한 양이온 중합 촉매로는 열적으로 안정한 철-아렌 착체를 들 수 있고, 크실렌-시클로펜타디에닐 철(II) 헥사플루오로안티모네이트, 큐멘-시클로펜타디에닐 철(II) 헥사플루오로포스페이트, 크실렌-시클로펜타디에닐 철(II) 트리스(트리플루오로메틸술포닐)메티드 등을 들 수 있다.
광선 활성화형 양이온 중합 촉매는 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 약 0.05 내지 약 10.0 중량부, 바람직하게는 약 0.075 내지 약 7.0 중량부, 더욱 바람직하게는 약 0.1 내지 약 4.0 중량부, 가장 바람직하게는 약 1.0 내지 약 2.5 중량부의 양으로 존재한다. 존재하는 광선 활성화형 양이온 중합 촉매의 양이 약 0.05 중량부 미만이면, 저온에서의 경화 특성이 저하되어 접착 강도나 접속 신뢰성이 저하될 수 있다. 존재하는 광선 활성화형 양이온 중합 촉매의 양이 약 10.0 중량부 초과이면, 실온 부근에서도 경화 반응이 진행하여 실온에서의 보존 안정성이 떨어질 수 있다.
양이온 중합 억제제
양이온 중합 억제제는 양이온 중합 촉매의 일부를 치환하거나 양이온 중합 반응 도중 존재하는 루이스산 또는 다른 양이온 활성종을 격리하여 양이온 중합 반응을 지연하거나 저해한다. 유용한 양이온 중합 억제제로는 15-크라운-5 등의 크라운 에테르류, 1,10-페난트롤린 및 그의 유도체, N,N-디에틸-메타-톨루이딘 등의 톨루이딘류, 트리페닐포스핀 등의 포스핀류 및 트리아진류 등을 들 수 있다.
양이온 중합 억제제는 광선 활성화형 양이온 중합 촉매에 대하여 약 0.01내지 약 10.0 당량, 바람직하게는 약 0.05 내지 약 5.0 당량, 더욱 바람직하게는 약 0.10 내지 약 3.0 당량, 가장 바람직하게는 약 0.4 내지 약 2.0 당량의 양으로 존재한다. 양이온 중합 억제제가 약 10.0 당량 초과의 양으로 존재하면 저온에서의 경화 특성이 저하되어 접착 강도나 접속 신뢰성이 저하될 수 있다. 양이온 중합 억제제가 약 0.05 당량 미만의 양으로 존재하면 실온 부근에서도 경화 반응이 진행하여 실온 부근에서의 보존 안정성이 떨어질 수 있다.
도전성 입자
유용한 도전성 입자로는 카본 입자와 같은 도전성 입자 또는 은, 구리, 니켈, 금, 주석, 아연, 백금, 팔라듐, 철, 텅스텐, 몰리브덴, 땜납 등의 금속 입자, 또는 이러한 입자의 표면에 금속 등의 도전성 피복을 실시하여 제조한 입자를 들 수 있다. 또한, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 페놀 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 벤조구아나민 수지 등의 중합체, 또는 글래스 비드, 실리카, 흑연 또는 세라믹 등의 비도전성 입자의 표면에 금속 등의 도전성 피복을 실시한 입자도 사용할 수 있다.
사용되는 도전성 입자의 평균 입경은 접속에 사용되는 전극 폭과 인접하는 전극 사이의 간격에 따라서 달라질 수 있다. 예를 들면, 전극 폭이 50 ㎛이고 인접하는 전극 사이의 간격이 50 ㎛(즉, 전극 피치가 100 ㎛임)인 경우에는, 약 3 ㎛ 내지 약 20 ㎛의 평균 입경이 적당하다. 약 3 ㎛ 내지 약 20 ㎛의 평균 입경을 갖는 도전성 입자를 포함하는 이방 도전성 접착 필름을 사용하면 만족스러운 도전 특성이 제공되는 동시에 인접 전극간의 단락을 충분히 방지할 수 있다. 대부분의 경우, 두 회로 기재 사이의 접속에 사용되는 전극의 피치가 약 50 ㎛ 내지 약 1000 ㎛이기 때문에, 도전성 입자의 평균 입경은 약 2 ㎛ 내지 약 40 ㎛의 범위가 바람직하다. 도전성 입자의 평균 입경이 약 2 ㎛보다 작으면 도전성 입자가 전극 표면의 요철에 묻혀버려 도전성 입자로서의 기능을 상실한다. 도전성 입자의 평균 입경이 약 40 ㎛보다 크면, 도전성 입자는 인접 전극간에서 단락을 발생시키는 경향이 있다.
도전성 입자의 첨가량은 사용되는 전극의 면적과 도전성 입자의 평균 입경에 따라 변화될 수 있다. 1개의 전극 당 수 개, 예를 들면 약 2 내지 약 10개의 도전성 입자가 존재하면 통상적으로 만족스러운 접속을 얻을 수 있다. 더 낮은 전기 저항을 희망하는 경우, 1개의 전극 당 약 10 내지 약 300 개의 양으로 도전성 입자가 조성물에 포함될 수 있다. 가열 압착시에 큰 압력이 가해질 때에는 각각의 전극상의 도전성 입자의 수를 약 300 내지 약 1000개로 증가시킴으로써 압력을 고르게 분산시켜 양호한 접속을 얻을 수도 있다. 도전성 입자의 양은 도전성 입자를 제외한 조성물의 총 부피에 대하여 통상 약 0.1 내지 약 30 부피％, 바람직하게는 약 0.5 내지 약 10 부피％, 더욱 바람직하게는 약 1 내지 약 5 부피％이다. 이 양이 약 0.1 부피％ 미만이면 접속시 전극상에 도전성 입자가 존재하지 않을 확률이 높아져서 접속 신뢰성이 저하될 우려가 있다. 또한 도전성 입자의 양이 약 30 부피％ 초과이면 인접 전극간에서 단락이 발생할 수 있다.
열가소성 엘라스토머 또는 수지
열가소성 엘라스토머 또는 수지는 광선 활성화형 접착제를 접착 필름으로서 사용하는 경우 포함되는 성분이다. 열가소성 엘라스토머 또는 수지는 접착 필름의 형성성을 상승시킴과 동시에 얻어지는 접착 필름의 내충격성을 개량하고 경화 반응에 의해 발생하는 잔류 내부 응력을 완화하여 접착 신뢰성을 향상시킨다. 유용한 열가소성 엘라스토머는 특정 온도 미만에서는 경질인 하드 세그먼트와 고무와 유사한 탄성을 갖는 소프트 세그먼트로 구성되는 중합체 성분을 포함한다. 유용한 엘라스토머로는 스티렌계 열가소성 엘라스토머, 및 예를 들면 하드 세그먼트로 스티 렌 단위, 소프트 세그먼트로 폴리부타디엔 단위 또는 폴리이소프렌 단위를 포함하는 블록 공중합체인 스티렌계 엘라스토머를 들 수 있다. 이러한 유용한 엘라스토머의 예로는 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체(SBS), 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중합체(SIS), 또한 소프트 세그먼트의 디엔 성분을 수소 첨가한 스티렌-(에틸렌-부틸렌)-스티렌 블록 공중합체(SEBS) 및 스티렌-(에틸렌-프로필렌)-스티렌 블록 공중합체(SEPS) 등을 들 수 있다. 또 다른 유용한 엘라스토머의 예로는 반응성기를 갖는 스티렌계 열가소성 엘라스토머인 글리시딜 메타크릴레이트에 의해 에폭시-변성된 유형의 엘라스토머나, 공액 디엔의 불포화 결합을 에폭시화한 유형의 엘라스토머를 들 수 있다. 이러한 엘라스토머 중 매우 극성인 반응성기가 존재하면 엘라스토머와 에폭시 수지의 상용성이 증가되어 에폭시 수지와의 배합 범위가 넓어진다. 또한 그러한 엘라스토머 중 극성이 높은 반응성기의 존재는 에폭시 수지와의 가교를 가능하게 하여 내열 및 내습성으로 인해 경화 후 개선된 접착 신뢰성을 야기한다. 에폭시화 스티렌계 엘라스토머의 예로는 Epofriend A1020(다이셀 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 제조)를 들 수 있다. 본 발명에서, 열가소성 수지를 열가소성 엘라스토머 대신 사용할 수도 있다. 열가소성 수지는 접착된 기재상의 도전체 사이의 만족스러운 전기 접속을 확보하기 위해 접착 필름의 열압착 도중 유동화하여 제거되어야 하기 때문에, 유용한 열가소성 수지로는 열압착 온도 이하의 Tg를 갖는 것들을 들 수 있다. 그러한 열가소성 수지는 예컨대 폴리스티렌 수지를 포함한다.
열가소성 엘라스토머 또는 수지는 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 약 10 내지 약 900 중량부, 바람직하게는 약 20 내지 약 500 중량부, 더욱 바람직하게는 약 30 내지 약 200 중량부, 가장 바람직하게는 약 40 내지 약 100 중량부의 양으로 존재한다. 열가소성 엘라스토머 또는 수지가 약 10 중량부 미만의 양으로 존재하면 접착제의 필름 형성성이 저하될 수 있다. 열가소성 엘라스토머 또는 수지가 약 900 중량부 초과의 양으로 존재하면 저온에서의 접착제의 유동성이 저하되어 도전성 입자와 회로 기재의 접착시 접촉이 나빠지고, 결과적으로 전기 저항이 증가하고 접속 신뢰성이 저하되며 접착 강도도 낮아질 수 있다.
그 밖의 첨가제
본 발명의 광선 활성화형 접착 필름은 상기 성분 이외에 첨가된 양이온 중합 반응 촉진제를 더 함유할 수 있다. 반응 촉진제의 첨가에 의해, 필름의 저온 경화성 및 급속 경화성을 한층 더 개선할 수 있다. 유용한 반응 촉진제로는 예를 들어 디-tert-부틸옥살레이트를 들 수 있다. 반응 촉진제는 지환식 에폭시 수지 및 글리시딜기 함유 에폭시 수지 100 중량부에 대하여 약 0.01 내지 약 5 중량부, 바람직하게는 약 0.05 내지 약 3 중량부, 더욱 바람직하게는 약 0.1 내지 약 2 중량부의 양으로 존재한다. 회로 기재와 접착 조성물과의 접착 강도를 높이기 위해서, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란 및 β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란과 같은 실란 커플링제 등의 커플링제도 포함될 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징을 손상시키지 않는 한, 그 밖의 첨가제, 예를 들면 산화 방지제, 예컨대 힌더드 페놀계 산화 방지제, 디올류, 예컨대 비스(페녹시에탄올)플루오렌), 연쇄 이동제, 증감제, 점착 부여제, 열가소성 수지, 충전제, 유동 조정제, 가소제, 소포제 등을 첨가할 수 있다.
광선 활성화형 접착 필름의 제조 방법
광선 활성화형 접착 필름은 상기 접착제를 예컨대 테트라히드로푸란(THF)과 같은 적절한 용매 중에 함유하는 도포액을 제조하고 이것을 중합체 필름 등의 지지체상에 도포하고 이 도막을 건조시킴으로써 얻을 수 있다. 유용한 도포 수단으로는 임의의 적절한 도포 수단, 예컨대 나이프 코터 등을 포함한다. 건조는 용제가 증발하기 시작하지만 경화 반응은 개시되지 않는 80 ℃ 미만의 임의의 온도에서 수행된다. 형성된 접착 필름의 두께는 열압착에 의해 회로 기재끼리 접속되는 경우 접속부 사이의 간극을 방지하고 필요한 만큼 충분하게 충전하기 위해 약 5 내지 약 100 ㎛이다.
생성된 광선 활성화형 접착 필름은 세퍼레이터상에 제공되며, 광선, 바람직하게는 광선 조사 장치를 사용한 자외선으로 조사하여 접착 필름을 활성화시킨다. 예를 들어 300 내지 400 nm의 파장 범위의 높은 강도를 갖는 수은 램프, 메탈 할로겐 램프 또는 수은 크세논 램프가 조사 광원으로서 유용하다. 수은 램프 및 수은 크세논 램프는 통상적으로 365 nm에서 최대 강도를 갖는다. 메탈 할로겐 램프는 통상적으로 램프의 벌브 내에 금속 할로겐 화합물, 예컨대 요오드 또는 브롬의 갈륨 할로겐화물 또는 철 할로겐화물을 갖고, 수은 램프보다 넓은 파장 대역에서 더 큰 효율로 조사한다. 조사량은 통상적으로 광선 활성화형 양이온 중합 촉매의 활성화에 충분한 양, 예컨대 100 내지 10,000 mJ/cm2로 조절된다.
이 광선 조사 공정에 있어서, 더 높은 에너지를 갖는 파장 300 nm 이하의 자외선은 접착 필름에 보다 효율적으로 흡수되어 열로 변환되기 쉽다. 이 열은 접착 필름을 다양한 정도로 조숙하게 경화시켜 광선의 조사 및 후속하는 접착 사이에 짧은 가사 시간을 초래한다. 파장 300 nm 미만을 필터링 또는 감쇠시키면 가사 시간을 개선할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 광원은 통상적으로 450 내지 600 nm 범위의 파장을 갖는 가시 광선을 차단하는 필터 또는 통상적으로 800 내지 4000 nm 범위의 파장을 갖는 적외선을 흡수하는 필터를 더 포함할 수 있다.
또한, 접착 필름 표면에 공기 스트림을 불어넣어 냉각시켜 광선의 조사 도중 발생한 바람직하지 않은 열로부터 접착 필름을 추가로 보호할 수 있다.
이어서 활성화된 접착 필름을 압착 헤드에 의해 제1 회로 기재상에 전사한 후, 접착 필름의 비어있는 표면에 제2 회로 기재를 전사하고 압착 헤드에 의해 열압착을 수행한다. 열압착 온도는 약 100 내지 약 130 ℃이며 접착 압력은 접착 후 충분한 전기적 접속이 얻어지도록 적절하게 설정한다. 인가된 압력은 통상 약 1 내지 약 5 MPa의 범위이다. 유용한 접착 시간은 약 10 초 내지 1 분, 또는 그 이상이다.
본 발명을 이하의 실시예로 더 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 상술한 상세한 설명에 충분히 기술한 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
이방 도전성 접착 필름의 제조
5.6 g의 지환식 수지(Epolide(상품명) GT401, 일본 오사까 소재의 다이셀 가 가꾸 고교 가부시끼가이샤 제조, 에폭시 당량=219), 1.4 g의 글리시딜기 함유 에폭시 수지(Epikote(상품명) 154, 유까 셸 에폭시 가부시끼가이샤(Yuka Shell Epoxy Ltd.) 제조, 에폭시 당량=178) 및 3 g의 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체(Epofriend(상품명) A1020, 다이셀 가가꾸 고교 가부시끼가이샤, 에폭시 당량=510)를 12 g의 테트라히드로푸란과 혼합하여 균일하게 될 때까지 교반하였다. 벤조구아나민 입자의 표면상에 니켈층을 적층한 후 금층을 적층하여 제조한, 평균 입경 약 5 ㎛의 도전성 입자를 에폭시 조성물에 최종 고형물의 3 부피％의 양으로 첨가하고, 도전성 입자가 고르게 분산될 때까지 교반하였다. 별도로 0.101 g의 자외선 활성화형 양이온 중합 촉매(Irgacure(상품명) 261, 닛뽄 시바 가이기 가부시끼가이샤(Nippon Ciba Geigy Ltd.) 제조, 큐멘-시클로펜타디에닐 철 헥사플루오로포스페이트), 0.0308 g의 양이온 중합 억제제(N,N-디메틸-m-톨루이딘), 0.084 g의 반응 촉진제(디-tert-부틸옥살레이트), 0.2 g의 실란 커플링제(상품명 A187, 닛뽄 유니까 가부시끼가이샤 (Nippon Unicar Co., Ltd.) 제조, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란) 및 0.6 g의 메틸 에틸 케톤을 배합하여 균일하게 될 때까지 교반하였다. 얻어진 혼합물을 상기 도전성 입자 분산액에 첨가하고 교반하여 자외선 활성화형 이방 도전성 접착제를 얻었다. 이 접착제를 본원에서는 세퍼레이터로 사용된 실리콘 처리된 폴리에스테르 필름상에 나이프 코터를 사용하여 피복하고, 60 ℃에서 10 분간 건조시켜 두께 20 ㎛의 자외선 활성화형 이방 도전성 접착 필름을 얻었다.
회로 기재용 접속 시험 스트립의 제조
상기와 같이 제조한 2 mm × 4 cm의 자외선 활성화형 이방 도전성 접착 필름의 샘플을 356 nm에서 150 mW/cm2 또는 180 mW/cm2의 강도를 갖는 자외선으로 20 초간 조사하였다. 샘플을 하기 표 1에 나타낸 자외선 광원을 사용하여 조사하였으며 공기 스트림으로 냉각시켰다. 표 1에 나타낸 자외선 광원 2 및 3은 파장 450 내지 600 nm 범위의 가시광과 파장 300 nm 이하의 자외선을 제거하는 필터를 갖는다.
두께 0.1 mm의 ITO(Indium Tin Oxide) 필름이 부착된 폴리에스테르 필름에 자외선을 조사한 접착 필름을 30 ℃에서 4 초간, 1.0 MPa의 압력으로 우선 접착시켰다. 세퍼레이터인 폴리에스테르 필름을 접착 필름으로부터 제거하였다. 이어서 피치 70 ㎛, 폭 35㎛, 두께 12 ㎛의 금 도금 동선을 갖는 두께 25 ㎛의 폴리이미드 필름의 플렉시블 인쇄 회로를 ITO-폴리에스테르 필름상의 우선 접착된 접착 필름 위에 설치하였다. 이 시험편을 120 ℃로 10 초간 1.0 MPa의 압력으로 열압착하였다. 두 회로 사이의 접착 필름의 온도는 접착 헤드가 기재와 접촉하면서 10 초 내에 120 ℃로 상승하였다.
UV 광원
UV 광원 상세 UV 조사
UV 광원 1 수은-크세논 램프 광원 L5662-01 균일 노광 어댑터 E6255 (하마마쯔 포토닉스사(Hamamatsu Photonics) 제조) 180 mW/cm2 20초
UV 광원 2 수은-크세논 램프 광원 L5662-01 균일 노광 어댑터 E6255, 필터 A6562 (하마마쯔 포토닉스사 제조) 180 mW/cm2 20초
UV 광원 3 메탈 할라이드 램프 광원 UVH-0121C DUV 필터(우시오 덴끼사(Ushio Inc.) 제조) 150 mW/cm2 20초

시험
플렉시블 회로와 ITO-폴리에스테르 필름 사이의 전기 상호 접속 저항을 디지털 멀티미터로 측정하고 결과를 표 2에 나타내었다. 현미경(배율 100 배)을 사용하여 접착선을 가시적으로 관찰하여 접속 부분의 공극을 관찰하였다. 모든 접착부에서 공극이 존재하지 않았다. 27 ℃/상대 습도 60 ％에서 자외선 조사 후 15 분 내에 회로를 접착하는 경우 전기 상호 접속 저항은 양호했다. 또한, 이들 샘플은 기재의 열화를 나타냈다.
시험 결과
전기 상호 접속 저항 (최대치) 자외선 조사로부터 접착까지의 방치 시간 (27 ℃/60 ％ RH)
2 분 15 분
UV 광원 1 326 Ω 329 Ω
UV 광원 2 388 Ω 356 Ω
UV 광원 3 315 Ω 331 Ω


Claims (36)

  1. 지환식 에폭시 수지, 글리시딜기 함유 에폭시 수지, 광선 활성화형 양이온 중합 촉매, 양이온 중합 억제제 및 열가소성 엘라스토머 또는 수지를 포함하는 광선 활성화형 접착 필름에 광선을 조사하여 필름을 활성화시키고, 활성화된 접착 필름의 제1 표면을 제1 기재와 접하도록 배치하고, 상기 활성화된 접착 필름의 제2 표면에 제2 기재를 접하도록 배치하고, 이 기재들을 압착시키는 것을 포함하는, 2개의 기재를 접착시키는 방법.
  2. 지환식 에폭시 수지, 글리시딜기 함유 에폭시 수지, 광선 활성화형 양이온 중합 촉매, 양이온 중합 억제제 및 열가소성 엘라스토머 또는 수지를 포함하는 광선 활성화형 이방 도전성 접착 필름에 광선을 조사하여 필름을 활성화시키고, 활성화된 이방 도전성 접착 필름의 제1 표면을 제1 기재상의 회로와 접하도록 배치하고, 제2 기재상의 회로를 상기 활성화된 이방 도전성 접착 필름의 제2 표면과 접하도록 배치하고, 이 기재들을 압착하여 상기 제1 기재와 제2 기재상의 회로 사이에 이방 도전성 접착을 얻는 것을 포함하는, 2개의 기재의 각각의 표면상에 제공된 회로를 전기적으로 접속하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 글리시딜기 함유 에폭시 수지가 1개의 분자당 평균 2개 이상의 글리시딜기를 포함하는 것인 방법.
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  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 지환식 에폭시 수지의 에폭시 당량이 90 내지 500으로부터 선택되는 것인 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 지환식 에폭시 수지가 비닐시클로헥센 디옥시드, 3,4-에폭시시클로헥실메틸-3,4-에폭시시클로헥산카르복실레이트, 비스(3,4-에폭시시클로헥실)아디페이트 또는 2-(3,4-에폭시시클로헥실-5,5-스피로-3,4-에폭시)시클로헥산-메타-디옥산인 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 글리시딜기 함유 에폭시 수지가 비스페놀 A의 글리시딜 에스테르, 비스페놀 F의 글리시딜 에스테르, 다관능성 페놀-노볼락 에폭시 수지, 오르토-크레졸 에폭시 수지, 또는 글리시딜 헥사히드로프탈레이트를 포함하는 것인 방법.
  9. 제3항에 있어서, 지환식 에폭시 수지 대 글리시딜기 함유 에폭시 수지의 중량비가 20:80 내지 98:2으로부터 선택되는 것인 방법.
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